水泥工業(yè)與環(huán)境保護

水泥工業(yè)與環(huán)境保護第一頁，共四十一頁。1.綜述

保護環(huán)境，維持生態(tài)平衡是人類從事工業(yè)生產(chǎn)所必須尊重的首要準則。水泥工業(yè)對環(huán)境的不利影響，人們從直覺上首先關注的是粉塵和噪聲。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，裝備的改進，收塵、消音，隔音技術(shù)的進步以及生產(chǎn)過程高度自動化的實現(xiàn)，現(xiàn)代化水泥廠在技術(shù)上已經(jīng)接近完全解決了粉塵和噪聲的防治問題。第二頁，共四十一頁。圖1環(huán)保型新型水泥工業(yè)第三頁，共四十一頁。2.消減和防治有害物排放技術(shù)

2.1SO2的防治水泥窯廢氣中的SO2主要是由燃料中硫化物和原料中的硫鐵礦等物質(zhì)，在頂部兩級預熱器中，處于300~600℃的溫度下分解而生成的。還有一些SO2是在燃燒時因S的氧化和硫化物的分解而產(chǎn)生的。但是，在窯系統(tǒng)的各不同部位又有一部分SO2分別被CaO和R2O所吸收，形成SO2的循環(huán)。如表4和圖3所示。第四頁，共四十一頁。表4水泥窯系統(tǒng)中SO2的生成與吸收的化學反應第五頁，共四十一頁。圖3帶有旁路放風的預分解窯系統(tǒng)中SO2的循環(huán)平衡第六頁，共四十一頁。相應的脫硫措施有:

⑴生料吸收法。當采用窯系統(tǒng)的廢氣作為烘干介質(zhì)用于烘干兼粉磨生料系統(tǒng)時，其中一部分SO2將被生料粉末的表面所吸收。最后又返回到窯的燒成帶，以CaSO4,R2SO4

的形式被固定在水泥熟料中。這實際上也是一種很經(jīng)濟的廢氣脫硫方式，絕大多數(shù)的新型干法水泥廠都是這樣操作的。第七頁，共四十一頁。

(2)石灰吸收法。將生石灰CaO用壓縮空氣噴人SO2濃度較高的部位，通常在上部預熱器及其連接管道處，使CaO與SO2相作用，形成CaSO2固定在熟料中，該法一般可吸收50~60%的SO2。⑶氣體懸浮吸收塔GSA。用于窯尾廢氣旁路系統(tǒng)的脫硫裝置，用石灰溶液作吸收劑，經(jīng)噴嘴制成霧狀Ca(OH)2，懸浮于吸收塔中吸收廢氣中的SO2效率很高。第八頁，共四十一頁。

但這套裝置投資較大，但對廢氣凈化效果是一流的，在美國大都是結(jié)合生產(chǎn)低堿水泥之需而選用。圖4氣體懸浮吸收塔GSA第九頁，共四十一頁。

2.2NOx的防治

水泥窯廢氣中的NOx，其中約95%為NO,5%是NO2。

NOX的產(chǎn)生來自兩方面，即燃燒過程中，燃料中的氮化合物被氧化，稱之燃燒“NOx”。以及燃燒空氣中的N2被氧化而成，謂之“熱力NOx”。第十頁，共四十一頁。當燃燒區(qū)溫度在1200℃以下時，僅生成前者，超過200則產(chǎn)生后者。總之，火焰溫度越高，過?？諝庠蕉?，則生成NOx亦越多。但是只要正確地掌握窯系統(tǒng)的設計和操作，NOx的生成量是可以嚴格控制的。氮還原法就是用氨來還原NO2,其反應式為:

NH3+OH→NH2+H2ONH2+NO→N2+H2O第十一頁，共四十一頁。(1)選擇性非接觸劑型脫氮法SNCR。

通常是將含NH325%的溶液噴人廢氣溫度為900~1100℃的窯尾管道中，按照上述反應式NO被還原為N2和H20。此法采用的裝置較簡單，一般可以將廢氣中的NOx含量降低50%左右。第十二頁，共四十一頁。

(2)階段燃燒法。

丹麥FLS公司的低NOx–ILC分解爐就是利用這樣的原理，在分解爐下半部通入較少的三次風，控制過?？諝庀禂?shù)λ=0.9，在這里形成還原焰，利用CO將NOx還原成N2。然后在分解爐的上半部通入較多的三次風，λ=1.2，將剩余的CO全部燒成CO2。第十三頁，共四十一頁。圖5丹麥FLS公司的低NO2–ILC階段燃燒法分解爐系統(tǒng)第十四頁，共四十一頁。

(3)選擇性接觸劑型脫氮法SCR。

此法與SNCR所不同的是，在350℃氣溫下使NH3(氣體或液體)在接觸劑表面與NO2發(fā)生化學作用。這樣不僅能消除NO2，同時還能削減廢氣中的碳氫化合物。如二氧雜環(huán)己烷和二氧己環(huán)等。這種方法的廢氣凈化效果很好，但裝備較復雜，費用高，在熱電廠的廢氣脫氮中應用較多。對水泥廠來說，目前在經(jīng)濟上還難以接受。第十五頁，共四十一頁。3.CH和重金屬的防治消減廢氣中碳氫化合物和重金屬含量的技術(shù)裝備主要為活性焦炭過濾器。也可以改變工藝過程，將原料中的油頁巖先經(jīng)預燒處理或者在頂熱器系統(tǒng)的適當部位采用后燃燒法將CH燒掉。為降低重金屬在廢氣中的排放量，可適時地排棄少量窯灰另作處理，以破壞其在窯系統(tǒng)中的循環(huán)富集，或者采用活性焦炭過濾器凈化廢氣中的重金屬。第十六頁，共四十一頁。4.各種污染物的綜合防治根據(jù)水泥工業(yè)廢氣排放有害物質(zhì)的具體情況。Polysius公司開發(fā)了一種立式活動層狀活性炭過濾器，如圖6所示。由褐煤制成的活性炭在過濾器中分成厚薄兩層，垂直向下緩慢地移動。從窯尾電收塵器排出的含有SO2

、NOx、CH、重金屬及少量粉塵的廢氣，先經(jīng)過薄層活性炭的吸收，消減了大部分的污染物，之后又經(jīng)過厚層炭的再次吸收，凈化率達95%~99%。第十七頁，共四十一頁。圖6Polvsius立式活動層狀活性炭過濾器第十八頁，共四十一頁。5.窯灰處理及其防治窯灰如果不經(jīng)處理作為廢渣予以摒棄或填埋，將會造成環(huán)境污染。丹麥FLS-Fuller公司研究開發(fā)的窯灰流化床處理系統(tǒng)，如圖7所示。該系統(tǒng)的操作是先將窯灰摻人適量的煤粒，同時配以相應的石灰石和頁巖等細粉按水泥熟料成分配成生料，加水后制成料球，經(jīng)烘干和篩分，喂入流化床內(nèi)煅燒，其廢氣中的粉塵富含K2SO4，用收塵器回收后可用作鉀肥。第十九頁，共四十一頁。同時從流化床排出的燒結(jié)物就是水泥熟料。這種方法的特點是，將全部窯灰完全處理干凈，回收的鉀肥灰和熟料也全部被循環(huán)利用，不再產(chǎn)生廢渣，沒有二次污染問題。第二十頁，共四十一頁。圖7FLS-Fuller流化床窯灰處理系統(tǒng)第二十一頁，共四十一頁。6.水泥工業(yè)對環(huán)保事業(yè)的重要意義

現(xiàn)代水泥工業(yè)在保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡擁有諸多的廢氣凈化與窯灰處理的技術(shù)與手段，不僅能保證與環(huán)境的友好關系，而且在循環(huán)利用其他工業(yè)廢渣和可燃廢料方面也具有相當?shù)膬?yōu)勢。第二十二頁，共四十一頁。

以廢料在窯系統(tǒng)內(nèi)燒制熟料和廢料在焚燒爐內(nèi)燃燒，回收能源用于供熱或發(fā)電為例，兩者相比較，前者的特點如下：

⑴利用現(xiàn)有的水泥窯系統(tǒng)，一舉兩得，既生產(chǎn)熟料又循環(huán)利用了廢料，有益環(huán)保，而且對水泥和窯的操作都沒有不利影響；

⑵回轉(zhuǎn)窯容積大，熱容量高，熱穩(wěn)定性好，廢料在窯內(nèi)停留時間長，窯內(nèi)燃燒溫度高，十分有利廢料中各種有害成分的分解，或者被氧化成無害的氣體和水分；第二十三頁，共四十一頁。⑶廢料中某些固態(tài)的化合物可以被固定地化合于熟料的成分中，沒有再次生成殘渣；⑷水泥窯中的堿性氣氛可將廢料所含的CI中和而生成NaCI,KCl等，無需另設專門的廢氣凈化設施；⑸燃料所產(chǎn)生的熱量直接用于熟料燒成，傳熱傳質(zhì)過程迅速，效率高。第二十四頁，共四十一頁。

6.1水泥工業(yè)對工業(yè)廢渣的循環(huán)利用

利用各種工業(yè)廢渣廢料作為混合材，例如高護礦渣、粉煤灰、火山灰、廢礦石、燒頁巖等摻人水泥熟料中。混合粉磨成相應品種的水泥。在不顯著影響水泥性能的條件下，混合材摻得越多，意味著水泥產(chǎn)量越高。同時像高爐礦渣和粉煤灰這樣一些混合材，對于改善提高水泥的若干性能指標還具有十分關鍵的意義。

第二十五頁，共四十一頁。圖8水泥工業(yè)對工業(yè)廢渣的循環(huán)利用第二十六頁，共四十一頁。6.2水泥工業(yè)對各種廢物循環(huán)利用

利用各種廢物作為水泥原料，例如赤泥、電石渣、冶煉尾礦、鑄造砂等，經(jīng)過必要的處置，避免或減少廢物中某些有害成分對水泥生產(chǎn)工藝過程和水泥性能的不良影響，充分利用其中的硅、鋁、鐵、鈣等有用成分，替代部分天然原料，調(diào)配成合格的水泥生料。部分石灰石、砂頁巖、貓土等天然水泥原料資源。這種利廢方式需要較高的技術(shù)水平及裝備才能解決。第二十七頁，共四十一頁。圖9電石渣代替石灰石新型干法水泥生產(chǎn)線第二十八頁，共四十一頁。6.3水泥工業(yè)對可燃廢料的循環(huán)利用

利用各種含可燃質(zhì)的廢物，包括工業(yè)和生活垃圾以及動物骨肉，作為鍛燒水泥熟料所需的燃料，稱為替代燃料或二次燃料。這樣既可以利廢消納掉這類廢物，減輕全社會的環(huán)境負荷，還可以節(jié)省日益緊缺的天然化石燃料(煤、石油、天然氣)。第二十九頁，共四十一頁。圖10水泥廠循環(huán)利用城市垃圾為燃料的工藝流程第三十頁，共四十一頁。圖11燃燒垃圾水泥廠的廢氣高度凈化系統(tǒng)第三十一頁，共四十一頁。7.水泥工業(yè)可能實現(xiàn)的重大新技術(shù)

（1）流化床熟料煅燒系統(tǒng)(見圖14)。其中的預熱器和分解爐和現(xiàn)今的一樣，唯采用流化床取代回轉(zhuǎn)窯和蓖冷機。在流化床中完成熟料燒成和冷卻作業(yè)，從而使整個熟料鍛燒系統(tǒng)全部在靜止的裝置中完成，沒有運動的設備，占地小，磨損少，延長耐火磚壽命，提高運轉(zhuǎn)率。第三十二頁，共四十一頁。圖14流化床熟料緞燒系統(tǒng)第三十三頁，共四十一頁。然而流化床鍛燒中的主要難題在于精確地控制物料溫度如果溫度稍低則生料不能熔觸結(jié)粒，無法形成熟料；反之，如果溫度稍高則物料義容易結(jié)大塊或結(jié)皮黏結(jié)于流化床的四壁或通風管道內(nèi)，發(fā)生堵塞。第三十四頁，共四十一頁。

（2）噴騰爐熟料煅燒系統(tǒng)。

噴騰爐作為另一種靜止的熟料鍛燒裝置。其前景較流化床更有發(fā)展?jié)摿?。因物料在噴騰爐內(nèi)呈噴騰懸浮狀態(tài)，主要是垂直方向的上下運動，熔融結(jié)粒的熟料達到一定粒徑就自然下落到冷卻器中，發(fā)生爐壁粘附結(jié)皮的概率較小，故其對物料溫度的適應范圍較寬，生料中無需摻加熟料晶種。第三十五頁，共四十一頁。圖15噴騰爐熟料緞燒系統(tǒng)第三十六頁，共四十一頁。然而需要解決的難題是，確保物料在噴騰爐巾的滯留時間，使其足以完成熟料形成所需的一系列物理化學反應同時還要控制爐壁和管道中結(jié)皮的程度，始終維持正常操作條件。第三十七頁，共四十一頁。（3）余熱發(fā)電系統(tǒng)目前，國際上水泥工業(yè)利用余熱發(fā)電的一般水平為每生產(chǎn)1t熟料回收35kw·h的電能，采用的傳熱介質(zhì)有水蒸汽，熱水和低沸點有機物三種，分別適用于300~500℃、160~320℃和70~180℃的廢氣溫度、分別按水蒸氣蘭金循環(huán)、熱水閃爍循環(huán)和有機質(zhì)蘭金循環(huán)法操作，相應的循環(huán)熱效率為18%一26%,11%一18%和8%一12.5%。第三十八頁，共四十一頁。圖16水泥窯余熱發(fā)電因此提高發(fā)電循環(huán)熱效率的潛力很大，還有許多值得進一步深入研究開發(fā)的新課題。第三十九頁，共四十一頁。謝謝！第四十頁，共四十一頁。內(nèi)容總結(jié)水泥工業(yè)與環(huán)境保護。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，裝備的改進，收塵、消音，隔音